44. Electronique Travaux pratiques sur les circuits numeriques (Niveau de base)

Burkina Faso
-------------------Unité – Progrès – Justice
Programme de Renforcement
de la Formation Professionnelle
Support pédagogique modulaire de
formation professionnelle
Filière :
Génie électrique
Spécialité : Électronique
Module :
03 Travaux pratiques sur les
circuits numériques
(Niveau de base)
Durée :
46 heures
Auteur: LAI, Rui-Ming
Table des matières
1. Introductions aux propriétés du CI numérique
Fiche de connaissances ................................................................................................................ 1
Fiche d'exercice ............................................................................................................................ 5
2. Expérimentation de base de porte logique
Fiche de connaissances ................................................................................................................ 8
Fiche d'exercice .......................................................................................................................... 11
3. Expérimentation de la logique combinatoire
Fiche de connaissances .............................................................................................................. 13
Fiche d'exercice .......................................................................................................................... 17
Fiche de contrôle ........................................................................................................................ 18
4. Circuit bascule
Fiche de connaissances .............................................................................................................. 19
Fiche d'exercice .......................................................................................................................... 21
Fiche de contrôle ........................................................................................................................ 22
5. Bascule et compteur
Fiche de connaissances .............................................................................................................. 23
Fiche d'exercice .......................................................................................................................... 25
6. Multiplexeur de données
Fiche de connaissances .............................................................................................................. 26
Fiche d'exercice .......................................................................................................................... 28
7. Démultiplexeur
Fiche de connaissances .............................................................................................................. 31
Fiche d'exercice .......................................................................................................................... 32
8. Mise en pratique d’application de circuit
Fiche de connaissances .............................................................................................................. 34
Fiche d'exercice .......................................................................................................................... 37
Fiche de connaissances
Titre du
Introductions aux propriétés
Code
I01-1/4
Durée
2h
cours
du CI numérique
Fiche de connaissances
I. Bases CI
1. CI signifie Circuit Intégré
CI est l'abréviation de circuit intégré. Un CI est un assemblage de plusieurs transistors,
FET, résistances, etc., dans un seul ensemble. Les avantages de l'utilisation du CI sont la
simplification du câblage et la réduction de la taille des circuits.
2. Circuits analogiques et circuits numériques
Les circuits électroniques peuvent être divisés en deux catégories selon leur utilisation, à
savoir les circuits analogiques et les circuits numériques.
Les circuits dont les variations d'amplitude des signaux de sortie et d'entrée sont
continues s’appellent les circuits analogiques ; les circuits dont les variations des signaux
d'entrée et de sortie sont discontinues (c’est-à-dire, passent d'une valeur à l'autre) s’appellent
les circuits numériques. Comme représenté dans la Figure (I01-1) ci-dessous.
Température
Température
Minute
(a) signal analogique (continu)
Minute
(b) signal numérique (discontinu)
Figure I01-1
Dans les circuits numériques, “1” représente généralement “élevé” tandis que “0”
représente généralement “faible” ; la Figure. (I01-2) ci-dessous représente un signal
numérique idéal. La production de masse a considérablement réduit les coûts de CI
numériques grâce à des percées dans le traitement des semi-conducteurs.
Tension
Figure I01-2
3.
Densité du CI
Les terminologies du CI sont les suivantes en fonction du nombre de portes logiques
contenues dans l’ensemble :
SSI ─ CI à petite échelle contient 1 à 12 portes.
MSI ─ CI à moyenne échelle contient 13 à 99 portes.
LSI ─ CI à grande échelle contient 100 à 999 portes.
VLSI ─ CI à très grande échelle contient plus de 1 000 portes.
1
Fiche de connaissances
Titre du
Introductions aux propriétés
Code
I01-2/4
Durée
2h
cours
du CI numérique
4. Broches du CI numérique
L'emballage du CI numérique fait appel au Dual Inline Package (DIP) et les broches sont
numérotées comme représenté sur la Figure. (I01-3) ci-dessous.
Première broche
Figure I01-3
II. Caractéristiques électriques des CI TTL
1. Séries CI TTL
Les CI numériques de la série SN54 avaient initialement été conçus pour répondre aux
exigences militaires, ils possèdent donc des caractéristiques remarquables et leur
fonctionnement est garanti sur une gamme de température de -55°C à +125°C. Le circuit a
par la suite été élaboré vers la série SN74 pour fournir des exigences de contrôle industriel en
tant que produit industriel à faible coût, et les caractéristiques de fonctionnement garantissent
désormais la gamme de température de 0°C à 70°C. Cependant, le même numéro de série
pour la série SN54 et pour la série SN74 offre la même fonction, par exemple SN7400 et
SN5400 sont tous deux des portes NON ET.
Le CI numérique SN54/74 s’est développé en cinq séries jusqu’à présent :
(1) TTL Standard ─ avec des numéros de série de 74XX ou 54XX.
(2) TTL à haute vitesse ─ avec des numéros de série de 74HXX ou 54HXX. Vitesse
supérieure au TTL standard, mais avec une consommation d'énergie supérieure.
(3) TTL à faible puissance ─ avec des numéros de série de 74LXX ou 54LXX.
Consommation d'énergie inférieure au TTL standard, mais à vitesse inférieure.
(4) TTL Schottky ─ avec des numéros de série de 74SXX ou 54SXX. Vitesse
supérieure au TTL standard, mais avec une consommation d'énergie semblable.
(5) TTL Schottky à faible puissance ─ avec des numéros de série de 74LSXX ou
54LSXX. Vitesse supérieure au TTL standard, mais avec 1/5 de sa consommation
d'énergie, et donc un TTL à propriétés supérieures.
2
Fiche de connaissances
Titre du
cours
Introductions aux propriétés
du CI numérique
Code
I01-3/4
Durée
2.
2h
Propriétés de la série 54XX/74XX TTL
Les propriétés électriques de la série TTL sont représentées dans le Tableau I01-1 et sont
décrites ci dessous :
(1) Tension d'alimentation Vcc : La série 54 est de 4,5V à 5,5V ; la série 74 est de
4,75V à 5,25V. La valeur standard est de 5V.
(2) Le CI numérique de série 54/74 indique un niveau de tension élevée (Hi) avec le
chiffre 1 et indique un niveau de tension faible (Lo) avec le chiffre 0.
(3) Les propriétés d’entrée et de sortie des séries 54/74 de CI numérique sont
énumérées ci-dessous :
VIH : tension lorsque l’entrée logique est 1 ; n’est pas inférieure à 2V.
VIL : tension lorsque l’entrée logique est 0 ; n’est pas inférieure à 0,8V.
VoH : tension de sortie à l'état logique 1 ; 2,4V est la valeur la plus faible.
VoL : tension de sortie à l'état logique 0 ; 2,4V est la valeur la plus élevée.
IIL : courant sur l'entrée lorsque l'entrée est à l’état logique 0. Tel que représenté
sur la Figure I01-4.
IIH : courant sur l'entrée lorsque l'entrée est à l’état logique 1. Tel que représenté
sur la Figure I01-4.
IOL : courant autorisé sur la sortie lorsque la sortie est à l’état logique 0. Tel que
représenté sur la Figure I01-4.
IOH : courant sur la sortie lorsque la sortie est à l’état logique 1. Tel que représenté
sur la Figure I01-4.
Tableau I01-1
Séries TTL
Type
TTL standard
Entrée exigée
Alimentation
électrique
Sortie
GND
Numéro
74
0,8/1,6
2,0/40
0,4/16
2,4/400
5
0
TTL à haute vitesse
74H
0,8/2
2,0/50
0,4/20
2,4/500
5
0
TTL à faible
puissance
74L
0,7/0,18
2,0/10
0,4/3,6
2,4/100
5
0
TTL Schottky
74S
0,8/2
2,0/50
0,5/20
2,4/1.000
5
0
74LS
0,8/0,4
2,0/20
0,5/8
2,7/400
5
0
TTL Schottky à
faible puissance
Porte U1
Porte U2
Courant logique 1
Courant logique 0
Figure I01-4
3
Fiche de connaissances
Titre du
cours
(4)
Introductions aux propriétés
Code
I01-4/4
Durée
2h
du CI numérique
Lorsque la tension de l'entrée est égale à celle de la sortie, cette tension s’appelle
tension de seuil VT ; VT est d'environ 1,3V.
3. Immunité aux parasites
En TTL VOH est de 2,4V et VIH est de 2V, et la différence entre ces deux valeurs
garanties est de 0,4V (400mV) ; si la ligne de transmission entre deux portes est perturbée
par des parasites, un parasite de 400mV d’amplitude peut être toléré sans causer d’erreur.
Cependant, puisque VIL-VOL = 0,8V-0,5V = 0,3V, l'immunité aux parasites de TTL est
uniquement de 0,3V.
4. Répartition des numéros des séries 54/74
Lorsque la sortie d'un CI numérique est connectée aux entrées de multiples circuits
intégrés numériques, la limite pour le nombre maximum de connexions est le nombre de
répartitions. Si des répartitions supplémentaires sont ajoutées au-delà de la capacité de
répartition, l'étape précédente peut ne pas être en mesure de mener à l'étape suivante ou
l'immunité aux parasites peut être réduite, ce qui peut provoquer des erreurs.
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
4
Fiche d'exercice
Titre du
Introductions aux propriétés
Code
J01-1/3
Durée
4h
cours
du CI numériqueFiche d exercice
1. Prenez un 74LS00 et branchez la broche 14 à la tension + 5V et la broche 7 à la terre comme
représenté sur la Figure J01-1. La consommation de courant de 74LS00 est mesurée à
I1 = ________ mA.
Figure J01-1
2.
Mesurez sur le montage de la Figure J01-1 à l’aide du DCV d’un voltmètre :
Tension de la 1ère broche par rapport à la terre V1 = __________V
Tension de la 2ème broche par rapport à la terre V2 = __________V
Tension de la 3ème broche par rapport à la terre V3 = __________V
3.
Utilisez le DCV d'un voltmètre pour mesurer les tensions d’entrée et de sortie des trois autres
portes NON-ET de la Figure J01-1 (broches 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12 et 13) et comparez les
valeurs à l'étape 2 pour voir si ce sont les mêmes ; enregistrez les broches et les tensions qui
sont différentes.
4.
Branchez le circuit comme indiqué dans la Figure J01-2, I1L = ________mA,
tension de sortie = ________V.
Sortie
Figure J01-2
5
Fiche d'exercice
Titre du
Introductions aux propriétés
Code
J01-2/3
Durée
4h
cours
du CI numérique
5. Connectez le circuit comme représenté sur la Figure J01-3, courant = ________mA, tension
de sortie = ________V, comparez avec l'étape 5 pour voir si les valeurs sont les mêmes ;
la raison en est ________.
Sortie
Figure J01-3
6.
Branchez le circuit comme indiqué dans la Figure J01-4, tension de sortie = ________V.
Sortie
Figure J01-4
7.
Connectez le circuit comme indiqué sur la Figure J01-5, le courant de sortie est noté ISO,
ISO = ________mA.
Figure J01-5
8.
Connectez le circuit comme représenté sur la Figure J01-6 et le galvanomètre indique que IIL
= ______mA. Si IOL est estimé à 8mA, le nombre de répartitions du circuit est de _____.
Figure J01-6
6
Fiche d'exercice
Titre du
Introductions aux propriétés
Code
J01-3/3
Durée
4h
cours
du CI numérique
9. Connectez le circuit comme représenté sur la Figure J01-7 et le galvanomètre indique que
IIH = ______μA. Si IOH est estimé à 400μA, le nombre de répartitions du circuit est de
_________.
Figure J01-7
10. Connectez le circuit comme représenté sur la Figure J01-8 et utilisez les différentes
résistances du Tableau J01-1 pour la résistance R ; remplissez les VI et VO correspondants
dans le tableau.
(Volt)
Figure J01-8
(Volt)
Tableau J01-1
11. Branchez le circuit comme indiqué dans la Figure J01-9, et mesurez VT = ________V.
Remarque : VT est la tension de seuil.
Figure J01-9
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
7
Fiche de connaissances
Titre du
Expérimentation de base
Code
I02-1/3
Durée
2h
cours
de porte logique
Fiche de connaissances
I. Propriétés de porte de base
Les circuits numériques peuvent effectuer des opérations logiques (c’est-à-dire, fonctionner
sur “0” et “1” selon les cas), et donc sont également connus comme des circuits logiques. Les
circuits logiques se composent de portes de base, bascules, compteurs, etc. ; toutefois, même les
circuits les plus complexes sont formés par des portes de base. Chacune des portes de base est
décrite ci-dessous :
1. Porte NON
La porte NON possède uniquement une entrée et une sortie ; l'état d'entrée est la
négation de l’état de sortie. Le symbole et la table de vérité sont présentés dans la Figure
I02-1.
Table de vérité
Symbole
Figure I02-1
2.
Porte ET
La porte ET possède plus de deux entrées ; la sortie est “1” lorsque toutes les entrées
sont à “1” et la sortie est “0” lorsque l'une des entrées est “0”. Le symbole et la table de
vérité sont présentés dans la Figure I02-2.
Table de vérité
Symbole
Figure I02-2
3.
Porte NON-ET
La porte NON-ET peut être considérée comme une porte NON connectée à la sortie
d'une porte ET et dont la sortie est de “1” lorsque l'une des entrées est de “0”. Le symbole et
la table de vérité sont présentés dans la Figure I02-3.
Table de vérité
Symbole
Figure I02-3
8
Fiche de connaissances
Titre du
Expérimentation de base
Code
I02-2/3
Durée
2h
cours
de porte logique
4. Porte OU
La porte OU possède plus de deux entrées ; la sortie est “1” lorsque l’une des entrées
est “1”. La sortie est “0” lorsque toutes les entrées sont de “0”. Le symbole et la table de
vérité sont présentés dans la Figure I02-4.
Table de vérité
Symbole
Figure I02-4
5.
Porte NON-OU
La porte NON-OU peut être considérée comme une porte NON connectée à la sortie
d'une porte OU et dont la sortie est de “1” lorsque toutes les entrées sont de “0”. Le
symbole et la table de vérité sont présentés dans la Figure I02-5.
Table de vérité
Symbole
Figure I02-5
6.
Porte XOR
La porte OU exclusif est également connu comme la porte XOR ; la sortie est “0”
lorsque toutes les entrées sont les mêmes (toutes à 0 ou toutes à 1). La sortie est à “1”
lorsque toutes les entrées ne sont pas les mêmes. Le symbole et la table de vérité sont
présentés dans la Figure I02-6.
Table de vérité
Symbole
Figure I01-6
9
Fiche de connaissances
Titre du
Expérimentation de base
Code
I02-3/3
Durée
2h
cours
de porte logique
7. Porte NON-OU EXCLUSIF
La sortie est “0” lorsque toutes les entrées ne sont pas les mêmes ; la sortie est à “1”
lorsque toutes les entrées sont les mêmes. Le symbole et la table de vérité sont présentés
dans la Figure I02-7.
Table de vérité
Symbole
Figure I02-7
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
10
Fiche d'exercice
Titre du
Expérimentation de base
Code
J02-1/2
Durée
4h
cours
de porte logiqueFiche d exercice
1. Branchez le circuit avec trois portes NON ET conformément à la Figure J02-1 ci-dessus.
Figure J02-1
2.
Utilisez le DCV d'un voltmètre pour mesurer l'état selon différents états d'entrée et
remplissez le Tableau J02-1.
Entrée
Sortie
Tableau J02-1
3.
Selon la table de vérité du Tableau J02-1, nous pouvons savoir que la fonction du circuit est
équivalente à une porte ________.
11
Fiche d'exercice
Titre du
Exercice de commande de base
Code
J01-2/2
Durée
4h
cours
4. Branchez le circuit avec quatre portes NON ET conformément à la Figure J02-2 ci-dessus.
Figure J02-2
5.
Utilisez le DCV d'un voltmètre pour mesurer l'état selon différents états d'entrée et
remplissez le Tableau J02-2.
Sortie
Entrée
Tableau J02-2
6.
Selon la table de vérité du Tableau J02-2, nous pouvons savoir que la fonction du circuit est
équivalente à une porte ________.
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
12
Fiche de connaissances
Titre du
Expérimentation de la
Code
I03-1/4
Durée
2h
cours
logique combinatoire
Fiche de connaissances
I. Connaissances connexes
La Figure de principe de base de la logique combinatoire est représenté sur la Figure I03-1.
Il se compose généralement de trois parties : les variables d'entrée, les circuits de porte logique, et
les variables de sortie. Les portes logiques reçoivent habituellement des signaux d'entrée et
génèrent les signaux de sortie nécessaires ; le processus convertit les signaux d'entrée
prédéterminés en signaux de sortie nécessaires, et les circuits de logiques combinatoires sont ainsi
uniquement des convertisseurs de code.
Variables d’entrée
Logique
combinatoire
Variables de sortie
Figure I03-1
II. Étapes de conception de logique combinatoire
Les étapes de la conception de logique combinatoire commencent par la description orale
ou écrite de la question et se concluent par la dérivation d’un circuit logique complet ou d’un
ensemble complet d’Algèbre booléenne. Les étapes sont :
1. Détermination du nombre de variables d'entrée et de sortie en fonction de la question.
2. Détermination de la table de vérité en fonction de la relation entre les variables d'entrée
et de sortie de l'étape 1.
3. Conversion de la relation entre les variables d’entrée et de sortie de la table de vérité
dans une table de Karnaugh (K-map).
4. Application de l'expression booléenne simplifiée avec des portes logiques de base.
5. Vérification de la pertinence du circuit complété à l'étape 4 par rapport à la question.
L'expression logique (c’est à dire l'expression booléenne) peut être simplifiée par
diverses méthodes, telles que les opérations d'algèbre booléennes, la simplification K-map,
la procédure de tabulation, etc.
III. Lois fondamentales de l'algèbre Booléenne
1. Commutativité : A  B  B  A
A B  B  A
2. Associativité :
A  ( B  C )  ( A  B)  C
A  ( B  C )  ( A  B)  C
3. Distributivité :
A  ( B  C )  ( A  B)  ( A  C )
A  ( B  C )  ( A  B)  ( A  C )
4. Absorption :
A A B  A
A  ( A  B)  A
5. Identités de base : A  A
A 1  A
A 1  1
A0  0
13
A0  A
A A  A
A A  A
A A  0
A A 1
Fiche de connaissances
Titre du
Expérimentation de la
Code
I03-2/4
Durée
cours
logique combinatoire
6. Lois de Morgan
A  B  A  B La négation de disjonction est la conjonction de négations
2h
A  B  A  B La négation de conjonction est la disjonction de négations
IV. Simplification algébrique booléenne
8 combinaisons possibles d'entrée et de produits correspondants sont énumérées. On
remarque à nouveau que le produit a une sortie de 1 uniquement lorsque l'entrée correspondante
apparaît. Par exemple, la condition pour que la valeur de A BC soit 1 est A = 0, B = 0, et C = 0 ;
la condition pour que la valeur de ABC soit 1 est A = 0, B = 0, et C = 1. Et ainsi de suite.
Nous pouvons déduire une table de vérité du circuit logique correspondant. La méthode
consiste à placer en OU chaque produit dont la sortie est 1. Par exemple, si la table de vérité est
identique au Tableau I03-1, chaque produit dont la sortie est 1 est énuméré et placé ensemble en
OR pour obtenir :
Y  ABC  ABC  ABC  ABC
Le circuit logique équivalent à l'expression est représenté sur la Figure I03-2.
Tableau I03-1
Figure I03-2
Pour la table de vérité du Tableau I03-2, chaque produit dont la sortie est 1 est énuméré et
placé ensemble en OU pour obtenir l'expression booléenne : Y  ABCD  ABCD  ABCD . Le
circuit logique équivalent de l'expression est représenté sur la Figure I03-3.
D'une manière générale, le procédé de somme de produits est très efficace ; les produits
dont la sortie est 1 sont d’abord énumérés, puis nous obtenons l’expression. Le circuit logique
équivalent peut être directement tracé en utilisant cette expression.
14
Fiche de connaissances
Titre du
Expérimentation de la
Code
I03-3/4
Durée
2h
cours
logique combinatoire
Une des méthodes de conception numérique consiste à convertir la table de vérité en une
expression de somme de produits et de la simplifier pour finalement obtenir un circuit logique
réel.
Tableau I03-2
Figure I03-3
V. Simplification K-map
Une variable supplémentaire peut être supprimée en regroupant deux 1 adjacents ; en
regroupant quatre 1 adjacents, deux variables peuvent être supprimées ; en groupant huit 1
adjacents, trois variables peuvent être supprimées. La Figure I03-4 présente quelques exemples
de la simplification d'un K-map à trois variables.
Figure I03-4
15
Fiche de connaissances
Titre du
Expérimentation de la
Code
I03-4/4
Durée
2h
cours
logique combinatoire
La Figure I03-5 présente quelques exemples de la simplification d'un K-map à quatre
variables.
Figure I03-5
En résumé, nous pouvons en déduire quelques principes :
(1) Rouvez les produits dont la valeur est 1 dans la table de vérité ou l'expression. Mettez
la valeur 1 à l'emplacement correspondant dans le K-map. Mettez la valeur 0 dans le
reste des espaces.
(2) Groupez tous les octets (huit “1” adjacents), les quads (quatre “1” adjacents), et les
paires (deux “1” adjacents). N’oubliez pas les conseils de défilement vers le bas et de
chevauchement et groupez autant de “1” que possible.
(3) Groupez le reste des “1” le cas échéant.
(4) Supprimez les groupes redondants (groupes qui sont complètement entourés par
d'autres groupes)
(5) OU tous les produits des groupes de “1” pour obtenir l'expression booléenne simplifiée
finale.
(6) Tracez le circuit logique.
16
Fiche d'exercice
Titre du
Expérimentation de la
Code
J03-1/1
Durée
2h
cours
logique combinatoire
Fiche d exercice
1. Élaboration d'un circuit logique à deux entrées et une sortie ; la sortie est 0 lorsque les entrées
sont les mêmes et la sortie est 1 lorsque les entrées sont différentes ; utiliser les portes
NON-ET à deux entrées pour construire le circuit. La Figure fonctionnelle est représenté
ci-dessous :
A
f
B
2.
Les étapes du modèle sont ci-dessous :
Étape 1 : Reproduisez la table de vérité conformément au Tableau J03-1.
Tableau J03-1
Étape 2 : dérivez une expression booléenne de la table de vérité du Tableau J03-1
f = ______________
Étape 3 : tracez la Figure du circuit selon l'expression booléenne de l'étape 2. Reportez-vous
à la Figure J03-1.
Figure J03-1
Étape 4 : connectez le circuit selon la Figure J03-1 et connectez un témoin LED en tant que
sortie de la charge.
Étape 5 : changez Hi/Lo sur les entrées A et B et observez si les états ON et OFF de la LED
sont cohérents avec le Tableau J03-1.
Bibliographie :
Ouvrage
Exercice de circuit à
logique numérique
Auteur
Editeur
Date de parution
CHEN, Ben-Yuan et
CHEN, Shin-Yi
Chuan Hwa Book Co.
2000
17
Fiche de contrôle
Titre du
Expérimentation de la
Code
M03-1/1
Durée
4h
cours
logique combinatoire
Fiche de contrôle
I. Circuit à fonctions logiques
Un concours de chant est présidé par 5 juges, et chaque juge dispose d'un commutateur
permettant de décider si le champion en titre “gagne” (logique 1) ou “perd” (logique 0). Lorsque
plus de trois (ou exactement trois) juges parmi les cinq sont en faveur du champion en titre, ce
dernier gagne et le voyant vert s’allume. Lorsque moins de deux (ou exactement deux) juges sont
en faveur du champion en titre, l’adversaire gagne et la lampe rouge s’allume. Élaborez ce circuit
logique.
II. Procédure
1. Construisez la table de vérité.
2. Tracez le K-map.
3. Déduisez-en l’expression la plus simplifiée.
4. Tracez le circuit logique.
5. Connectez le circuit.
6. Testez la fonction.
Bibliographie :
Ouvrage
Exercice de circuit à
logique numérique
Auteur
Editeur
Date de parution
CHEN, Ben-Yuan et
CHEN, Shin-Yi
Chuan Hwa Book Co.
2000
18
Fiche de connaissances
Titre du
Circuit bascule
Code
I04-1/2
Durée
1h
cours
Fiche de connaissances
I. Logique séquentielle
Chaque circuit numérique possède des variables N d'entrée (ou stimulations) et des
variables M de sortie (ou réponses) comme indiqué dans la Figure I04-1. Si la valeur de sortie
d'un circuit numérique est entièrement déterminée par le signal d'entrée présent, un tel circuit
numérique s’appelle un circuit logique combinatoire.
Si la valeur de sortie d'un circuit numérique est déterminée non seulement par le signal
d'entrée actuel, mais aussi par l'historique du circuit, un tel circuit numérique s’appelle un circuit
logique séquentiel. Afin de préserver l'historique, un dispositif de mémoire est nécessaire pour
enregistrer ces données ; le dispositif de mémoire utilisé dans les circuits logiques séquentiels est
la bascule (FF) présentée dans cet exercice.
Entrées
(stimulations)
Circuit
numérique
Sorties
(réponses)
Figure I04-1
II. Introduction aux bascules
1. Bascule R-S
La bascule R-S est la bascule la plus basique et les autres bascules sont toutes des
dérivées de la bascule R-S. Cependant, les bascules R-S ne sont pas facilement disponibles et
elles sont généralement conçues avec des portes de base comme des portes NON-OU ou des
portes NON-ET.
La Figure I04-2 représente une bascule R-S conçue avec des portes NON-OU et décrite
ci-dessous :
(1) Entrée 1 (logique 1) à l'entrée S donne une sortie Q = l.
(2) Entrée 1 (logique 1) à l'entrée R donne une sortie Q = 0.
(3) S signifie “Set”. R signifie “Reset”.
(4) Évitez de laisser les deux entrées R et S à la valeur 1 pour un fonctionnement normal.
Remarque : lorsque les deux entrées R et S sont à 1, Q  Q la définition de Q et Q
étant complémentaires ce serait une violation, et donc la valeur dans la table
de vérité serait “non autorisé”.
(5) La séquence de temps sur la Figure I04-2 (b) facilite la compréhension du
fonctionnement.
La Figure I04-3 représente une bascule R-S conçue avec deux portes NON-ET. Le
fonctionnement est tel que représenté dans la table de vérité en (b).
L'état de sortie des Figures I04-2 et I04-3 est directement déterminé par les deux entrées (R
et S), sans entrée de commande, et on l’appelle communément loquet plutôt que bascule pour
éviter toute confusion avec les bascules à entrées de commande.
19
Fiche de connaissances
Titre du
cours
Circuit bascule
Code
I04-2/2
Entrée
Durée
1h
Sortie
La sortie
reste
inchangée
(a) Schéma circuit
État non
autorisé
Entrée
(c) Table de vérité
Sortie
(b) Chronogramme
Figure I04-2
Entrée
Sortie
État non
autorisé
(a) Schéma du circuit
(b) Table de vérité
La sortie
reste
inchangée
Figure I04-3
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
20
Fiche d'exercice
Titre du
Circuit bascule
Code
J04-1/1
Durée
2h
cours
Fiche d exercice
1. Connectez le circuit selon la Figure J04-1 (les LED peuvent être connectées aux sorties de
Q et Q pour observer le signal).
À SW1
À L2
À L1
À SW2
Figure J04-1
2.
Appliquez les signaux Hi ou Lo aux entrées SW1 et SW2 selon la table de vérité (Tableau
J04-1) et reportez les résultats de l'expérience dans la colonne de sortie de la table.
Tableau J04-1
Table de vérité de Loquet RS Porte NON-ET
ENTRÉES
3.
SORTIES
S = SW2
R = SW1
Q  L1
Q  L2
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
Débat :
(1) Que se passe-t-il sur Q et Q lorsque R et S sont tous deux à Lo ou Hi ?
(2) Tracez le diagramme de bloc logique de ce circuit.
(3) Comparez l'opération avec la porte NON-OU R-S FF.
21
Fiche de contrôle
Titre du
Circuit bascule
Code
M04-1/1
Durée
2h
cours
Fiche de contrôle
I. Fonction d'opération du circuit
Le contrôleur de niveau automatique de la Figure M04-1 est conçu avec un CD4001 et un
CD4011. La bascule RS à portes NON-ET possède de la mémoire, et le relais se désactive lorsque
le niveau augmente à H et fonctionne lorsque le niveau diminue à L. R1 et R2 peuvent utiliser des
résistances de 33KΩ à 100KΩ. La porte NON-OU est CD401IB et la porte NON-ET est
CD4011B. Le 2SC1384 peut être utilisé en tant que transistor.
Tour d'eau
Figure M04-1
II. Opération de fonction de la table de vérité
La table de vérité est identique au tableau M04-1 ci-dessous ; tandis que le niveau s’élève
et redescend, le régulateur automatique de niveau tourne ainsi de manière répétitive 1-> 2 -> 3 ->
4 -> 1 -> 2... de sorte à toujours maintenir le niveau entre L et H.
Tableau M04-1
Point de mesure Point de mesure
Relais
à haut niveau H à bas niveau L
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
0
0
Fonctionne
0
1
Fonctionne
1
1
Relâcher
0
1
Relâcher
0
0
Fonctionne
Remarque





Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
22
Fiche de connaissances
Titre du
Bascule et compteur
Code
I05-1/2
Durée
1h
cours
Fiche de connaissances
I. Types de bascules
1. Bascule J-K
La bascule J-K est un modèle amélioré de bascule R-S, et il s’agit également de la
bascule la plus largement utilisée. Les entrées sont étiquetées avec J et K uniquement pour
les différencier de R et S.
Le symbole et la table de vérité de la bascule J-K sont présentés dans la Figure I04-1.
Lorsque J = K = 1, la sortie sera la négation de l'original après l’entrée de l'horloge (CK).
Sortie
Entrée
La sortie
reste
inchangée
(a) Symbole pour le
déclenchement d’une
extrémité négative
(b) Symbole pour le
déclenchement d’une
extrémité positive
Sortie
inversée
(c) Table de vérité
Figure I04-5
2.
Bascule D
Les bascules D sont utilisées pour enregistrer les données. Chaque fois qu'une
impulsion d'horloge est entrée à l'entrée d'horloge (CK), l'état de l'entrée D est transmis à la
sortie Q ; si aucune impulsion d'horloge n’est entrée, la sortie et l'entrée D sont isolées et
l'état de la sortie reste inchangé. Le symbole et la table de vérité des bascules D sont
présentés dans la Figure I05-2.
Entrée
(a) Symbole
Sortie
(b) Table de vérité
Figure I05-2
23
Fiche de connaissances
Titre du
Bascule et compteur
Code
I05-2/2
Durée
1h
cours
3. Bascule T
La bascule T ne possède qu'une seule entrée T et deux sorties Q et Q comme
représenté sur la Figure I05-3. Chaque fois qu'une impulsion est entrée à l'entrée T, Q et Q
font basculer l'état d'origine ; on peut voir d'après la Figure I05-3 (b) que la fréquence de
sortie est seulement la moitié de celle de l'entrée.
(Entrée) T
Entrée
Sortie
(Sortie)
(a) Symbole
(b) Chronogramme
Figure I05-3
II. Échange de bascules
Puisqu'il n'existe pas de CI spécialisé pour les bascules T, une bascule J-K ou une bascule D
est convenablement connectée comme indiqué sur la Figure I05-4, afin de réaliser les fonctions
de bascule T lorsque cela est nécessaire.
Un onduleur peut également être ajouté à la bascule J-K pour donner une bascule D comme
représenté sur la Figure I05-4.
Figure I05-4
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
24
Fiche d'exercice
Titre du
Bascule et compteur
Code
J05-1/2
Durée
2h
cours
Fiche d exercice
1. Connectez à la fois J et K de la Figure J05-1 à +VDD. La bascule J-K est désormais une
bascule T. Connectez le circuit de la Figure J05-1 ; le générateur d'impulsions manuel sur la
gauche connecte l'autre bascule J-K de CD4027B comme une bascule R-S pour enlever la
commutation mécanique de l'interrupteur SW.
À la broche 16
À la broche 8
Broche
inutilisée
Micro-interrupteur
Générateur
manuel
d’impulsions
Bascule T
Figure J05-1
2.
La sortie de la bascule T est-elle négative (à savoir, les LED passent de on à off et de off à
on) à chaque pression du SW de la Figure J05-1 ?
Bibliographie :
Ouvrage
Expériences
électroniques
Auteur
Editeur
Date de parution
TSAI, Chao-Yang
Chuan Hwa Book Co.
2008
25
Fiche de connaissances
Titre du
Multiplexeur de données
Code
I06-1/2
Durée
1h
cours
Fiche de connaissances
I. Connaissances connexes
Le multiplexeur (MUX) est essentiellement un commutateur électronique qui sélectionne
une parmi plusieurs lignes d'entrée pour la connecter à la ligne de sortie comme représenté sur la
Figure I06-1(a). Un ensemble de lignes de signaux de contrôle, appelé lignes d'adresse, désigne la
ligne à sélectionner. Lorsque les lignes d'adresse sélectionnent la ligne d'entrée marquée 1, le
commutateur S relie la ligne d'entrée marquée 1 à la ligne de sortie et la ligne de sortie transmet
les données sur la ligne d'entrée 1. En ce qui concerne les autres lignes, puisque le commutateur S
ne les relie pas à la ligne de sortie, leurs données ne sont pas transmises. Par conséquent, le
multiplexeur est également le sélecteur de données puisqu’il sélectionne les données depuis la
ligne de données à partir de plusieurs lignes d'entrée et transmet à la ligne de sortie.
Le démultiplexeur (DEMUX) fonctionne dans le sens inverse du multiplexeur, comme le
montre la Figure I06-1 (b). Il transmet des données à partir d'une ligne d'entrée unique à celle
sélectionnée parmi de multiples lignes de sortie. La sélection de lignes de sortie est la même que
la sélection de lignes d'entrée de multiplexeurs. L'interrupteur S est commuté à la ligne de sortie 1
et par conséquent, les données sur la ligne d'entrée sont transmises à une ligne de sortie ; les
données ne sont pas transmises aux autres lignes de sortie, car elles ne sont pas sélectionnées.
Lignes de sortie
Lignes d’entrée
Ligne de sortie
Ligne d’entrée
(a) Fonctionnement du multiplexeur
(b) Fonctionnement du démultiplexeur
Figure I06-1
II. Multiplexeur
Les principes de multiplexeurs peuvent être expliqués en référence à la Figure I06-2 qui
montre un multiplexeur à 2 entrées ; A et B sont les entrées de données, Z est la sortie de données,
et S est le sélecteur d'adresses. B est sélectionné pour transmettre à Z lorsque S = 0 ; A est
sélectionné pour transmettre à Z lorsque S = 1.
Entrée de données
Sortie
Figure I06-2
26
Fiche de connaissances
Titre du
Multiplexeur de données
Code
I06-2/2
Durée
1h
cours
La Figure I06-3 montre un multiplexeur à 4 entrées avec quatre entrées de D0 à D3 et des
sélecteurs d’adresse à deux bits, S0 et S1. Il existe quatre types de signaux de sélection et chacun
autorise la porte NON-ET correspondante, le signal d'entrée de la porte NON-ET est ainsi
transmis à la porte OU puis est émis par la sortie Z ; par exemple, lorsque S0 = 0 et S1 = 0, les
sorties des portes l, 2, et 3 sont de 0 tandis que celle de la porte 0 dépend de D0, soit Z = D0.
Entrées
Sélecteurs d’adresse à deux bits
(a) Multiplexeur à quatre voies
Sélectionnez
le signal
Entrée
Sortie
Sélectionnez
(c) Schéma de principe
Figure I06-3
27
Signal de
sortie
Fiche d'exercice
Titre du
Multiplexeur de données
Code
J06-1/2
Durée
4h
cours
1. 74153 représente deux multiplexeurs 4 : 1 ; connectez le circuit comme indiqué sur la Figure
J06-1 et réglez SW1 à SW6 comme indiqué dans le Tableau J06-1, puis enregistrez les sorties
correspondantes dans le tableau.
Fiche d'exercice
Tableau J06-1
Sortie 1Z
Données d'entrée
Sélection
d’adresse
Entrée
Sortie
Sortie 2Z
Figure J06-1
2.
Répétez l'étape l et le vérifiez si le multiplexeur 4 : 1 de 2D0 à 2D3 est identique.
3.
Raccordez le circuit comme indiqué sur la Figure J06-2 et placez un signal de fréquence de
4kHz en CK de 7493 (utilisez un générateur de fonction ou multivibrateur astable). Modifiez
la combinaison de S0 et S1 et observez le signal de sortie et la fréquence, et enregistrez les
résultats dans le Tableau J06-2.
4.
Connectez S0 et S1 de la Figure J06-2 à la sortie de la Figure J06-3 et connectez la sortie de
74153 à l'entrée de l’enceinte ou de l'écouteur, et des signaux vocaux de quatre fréquences
différentes peuvent être reçus.
28
Multiplexeur
Connectez le
multivibrateur
astable à la sortie
de 555
Figure J06-2
29
Sortie
Fiche d'exercice
Titre du
cours
Multiplexeur de données
Code
J06-2/2
Durée
4h
Fréquence de
sortie
Tableau J06-2
Entrée 1Hz
Transparent
Figure J06-3
Bibliographie :
Ouvrage
Exercice de circuit à
logique numérique
Auteur
Editeur
Date de parution
CHEN, Ben-Yuan et
CHEN, Shin-Yi
Chuan Hwa Book Co.
2000
30
Fiche de connaissances
Titre du
Démultiplexeur
Code
I07-1/1
Durée
1h
cours
Fiche de connaissances
I. Démultiplexeur
Les multiplexeurs sélectionnent un parmi plusieurs signaux d'entrée en tant que signal de
sortie, et les démultiplexeurs sont à l'opposé, ils transmettent un signal d'entrée à l'une des sorties
multiples, comme illustré sur la Figure I07-1.
Sélectionnez le signal
d’entrée
Sortie de données
DEMUX
Sortie de
données
(K bit)
Entrée de données
Entrée de
données
(K bit)
Figure I07-1
Sur la gauche, un signal d'entrée est représenté, sur la droite N sorties de signal, et le
sélecteur de signal du bas décide quelle ligne de sortie devrait afficher le signal d'entrée. La
Figure I07-2 est un démultiplexeur de 1 à 2. La Figure I07-3 est un démultiplexeur de 1 à 4 ou
décodeur de ligne 2 à 4.
Entrée
Sortie
Figure I07-2
Sélectionnez
Figure I07-3
31
Sortie
Fiche d'exercice
Titre du
Démultiplexeur
Code
J07-1/2
Durée
4h
cours
Fiche d exercice
1. 74155 contient deux 1 : 4 démultiplexeurs ; connectez le circuit comme indiqué sur la Figure
J07-1 et réglez 1D = 1, puis enregistrez les sorties correspondantes dans la table selon
différentes combinaisons S0 et S1 du Tableau J07-1.
Tableau J07-1
Entrée de
données
Entrée de
stimulation
Sélection
d’adresse
Sortie
Figure J07-1
2.
Réglez 2D = 0 et enregistrez les sorties correspondantes dans le tableau selon différentes
combinaisons de S0 et S1 du Tableau J07-2.
Tableau J07-2
Entrée de
données
Entrée de
stimulation
Sélection
d’adresse
Sortie
3.
Décrivez les différences entre les deux démultiplexeurs 1 : 4 de 74155 : __________.
4.
La Figure J07-2 montre un décodeur de 3 à 8 lignes en utilisant 74155 ; le circuit se connecte
selon la Figure J07-2.
5.
Enregistrez les sorties correspondantes dans le tableau en fonction des différentes
combinaisons de S0, S1 et S2 dans le Tableau J07-3.
32
Fiche d'exercice
Titre du
cours
Démultiplexeur
Code
J07-2/2
Durée
4h
Tableau J07-3
Entrée
Sortie
Stimulation
Figure J06-3
Bibliographie :
Ouvrage
Exercice de circuit à
logique numérique
Auteur
Editeur
Date de parution
CHEN, Ben-Yuan et
CHEN, Shin-Yi
Chuan Hwa Book Co.
2000
33
Fiche de connaissances
Titre du
Mise en pratique d’application
Code
I08-1/3
Durée
2h
cours
de circuitFiche de connaissances
I. Structure d'affichage à sept segments
1. Identification de l’anode et de la cathode communes
(1) Passez à R × 1 de l'ohmmètre et utilisez la polarité de la sonde afin de déterminer si
l'affichage de l'anode commune et les emplacements d'a, b, c, d, e, f et g.
(2) Appliquez une tension de 3V pour tester si vous utilisez une alimentation, mais vous
devez également connecter en série une résistance de limitation de courant de 100Ω.
2. Affichage par niveau haut (1) et niveau bas (0)
(1) Sortie à haut niveau :
La Figure I08-1 relie toutes les cathodes de l'affichage à sept segments et s’appelle
l'affichage à sept segments à cathode commune ; la cathode est reliée à la terre et le
haut niveau (1) est appliqué à l'anode pour alléger le segment.
Figure I08-1
(2) Sortie à bas niveau :
La Figure I08-2 relie toutes les anodes de l'affichage à sept segments et s’appelle
l'affichage à sept segments à anode commune ; l’anode est reliée à l’alimentation et
le niveau bas (0) est appliqué à la cathode pour alléger le segment.
Figure I08-2
3.
Affichage de lettres avec l'affichage à sept segments
Déterminez s’il s’agit d’un affichage à sept segments d’anode commune ou de cathode
commune et identifiez les emplacements des segments a, b, c, d, e, f et g ; allégez la
lettre à afficher avec une sortie à haut niveau (1) ou à bas niveau (0)
34
Fiche de connaissances
Titre du
Mise en pratique d’application
cours
de circuit
Comme représenté sur la Figure I08-3.
Code
I08-2/3
Durée
2h
Figure I08-3
II. CI de décodeur de structure d'affichage à sept segments
Les circuits de commande de l'afficheur à sept segments sont généralement divisés en deux
types :
1. Pour les affichages à sept segments à cathodes communes, 7448 (TTL) et 4511 (CMOS)
sont typiques ; le courant direct est nécessaire pour allumer le témoin LED en raison des
caractéristiques du LED. Par conséquent, le niveau 1 est utilisé pour conduire les
affichages à sept segments à cathode commune, et le décodeur 7448 (et 4511) donne
donc une sortie de niveau 1.
2. Pour l'affichage à sept segments à anode commune, 7447 est usuel. Le niveau 0 est
utilisé pour conduire l'affichage à sept segments à anode commune, et le décodeur 7447
donne ainsi une sortie de niveau 0 pour fournir un chemin de polarisation direct pour le
témoin LED de sorte qu'il s’allume.
7447 ou 7448 convertit du code BCD de 8421 à l'affichage à sept segments, et 7447 ou
7448 est un décodeur qui décode le BCD comme des sorties à sept segments ; 7447 donne
une sortie à bas niveau pour conduire à des affichages à sept segments à anode commune et
7448 donne une sortie de haut niveau pour conduire à des affichages à sept segments à
cathodes communes. Les lettres décodées sont représentées dans la Figure I08-4 ci-dessous.
Aucun
affichage
Figure I08-4
III. Compteur/compteur à rebours TTL commun à quatre bits
Les compteurs/compteurs à rebours TTL communs à quatre bits sont le 74192 (compteur à
décade) et le 74193 (compteur binaire).
74193 est un compteur/décompteur synchrone à quatre bits et 74192 est un
compteur/décompteur BCD synchrone ; il existe six sorties : carry, borrow, et les 4 sorties des
bascules QA, QB, QC, et QD ; QD est le bit le plus significatif. Les entrées de 74192 ou 74193
comprennent : transparence, charge, quatre entrées de données (A, B, C et D), entrée de signal de
compte et entrée de signal de compte à rebours comme représenté sur la Figure
35
Fiche de connaissances
Titre du
Mise en pratique d’application
Code
I08-3/3
Durée
2h
cours
de circuit
I08-5 ; l'opération est indiquée dans le tableau I08-1. La fonction de chacune des entrées et
sorties est décrite ci-dessous :
(1) La broche 14 est transparence et mettez toutes les sorties au niveau bas lorsque cette
entrée est Hi. Peut être reliée à la terre lorsqu'elle n’est pas utilisée.
(2) La broche 11 charge les données sur A, B, C, et D dans la broche de sortie
correspondante lorsque cette entrée est au niveau bas.
(3) La broche 5 est un compteur lorsque la transparence et la charge ne sont pas activées et
que la broche 4 (compte à rebours) est reliée à Hi, le comptage du compteur est
incrémenté lorsque le signal sur cette entrée passe du niveau bas au niveau haut
(déclenchment à bord montant).
(4) La broche 4 est un compte à rebours lorsque la broche 5 (compteur) est reliée à Hi, le
comptage du compteur est décrémenté lorsque le signal à cette entrée passe du niveau
bas au niveau haut. Si une des broches 4 et 5 est au niveau bas, l’autre broche est
supprimée.
(5) La broche 12 est “carry” et lorsque le compteur compte à 15 (toutes les sorties sont à 1)
et le comptage de la broche 5 est au niveau bas, la sortie de “carry” devient bas.
(6) La broche 14 est “borrow” et lorsque le compteur compte à 0 (toutes les sorties sont à 0)
et que le compte à rebours de la broche 4 est au niveau bas, la sortie de “borrow” devient
bas.
Figure I08-5
Entrée
Sortie
Fonctionnement
Compte
progressif
Compte à
rebours
Tableau I08-1
36
Fiche d'exercice
Titre du
Exercice de commande de base
Code
cours
Fiche d exercice
I. Circuit de compteur LED avec affichage à sept segments
37
M08-1/1
Durée
10h